湾曲フィルムの表面ひずみ定量解析：分子配向設計による高性能フレキシブル基板の創製

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14297
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分35030:有機機能材料関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 赤松 範久 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (50806734)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ひずみ / 分子配向 / 湾曲

研究成果の概要

ソフトマテリアルの利点であるフレキシブル性を利用したフレキシブルデバイスやソフトロボットの研究が盛んに行われている。しかしながら，湾曲に伴う表面ひずみにより多くのデバイスが性能劣化する。湾曲ひずみの影響を回避するため，高伸縮性材料の開発やデバイス構造の設計が行われているが，抜本的な解決には至っていない。そこで最近，基板の設計によるひずみ制御が注目されている。特に，分子配向性液晶高分子フィルムは，異なる弾性率を示すため基板材料として有用である。本研究では，三次元的に分子配向を設計した液晶高分子フィルムを作製し，湾曲ひずみ解析により表面ひずみの制御に成功した。

自由記述の分野

高分子材料工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では，分子配向を有する液晶高分子フィルムが，湾曲方向によって異なる表面ひずみを示すことを明らかにした。湾曲に伴う表面ひずみ解析により，一軸に配向したフィルムでは，分子配向方向に依らず外面が膨張し，内面が収縮する対称な表面ひずみ挙動を示した。一方，面内で液晶分子がねじれたツイストネマチック配向フィルムでは，分子配向によって外面と内面が非対称なひずみ挙動を示した。分子配向を三次元的に設計することで湾曲に伴う表面ひずみを制御できたことから，高性能でありながら低伸縮性であった電子部材を容易に積層することができる。今後，湾曲してもひずみが軽減されたフレキシブルデバイスの基板として大いに応用できる。